[发明专利]一种隧道表面形变监测系统及计算机

摘要

本发明公开了一种隧道表面形变监测系统，其特征在于：包括由m×n个能够发出点光源的发光单体，按照m×n矩阵布设在隧道表面的发光矩阵；还包括用于实时采集发光矩阵图像的摄像机；还包括用于接收并处理摄像机采集的发光矩阵图像的计算机；所述计算机用于根据发光矩阵图像计算出各个发光单体在纵轴y方向的y轴偏移量以及在横轴x方向上的x轴偏移量。还公开了一种用于所述隧道表面形变监测系统的计算机，所述计算机的存储器内存储有处理发光矩阵图像的图像处理程序，能够计算出发光单体的偏移量并进行自动告警。本发明的隧道表面形变监测系统能长期实时自动对隧道表面进行监测，结构简单、容易操作，准确性高、实用性强。

主权项

1.一种隧道表面形变监测系统，其特征在于：包括由m×n个能够发出点光源的发光单体，按照m×n矩阵布设在隧道表面的发光矩阵；还包括用于实时采集发光矩阵图像的摄像机；还包括用于接收并处理摄像机采集的发光矩阵图像的计算机；所述计算机用于根据发光矩阵图像计算出各个发光单体在纵轴y方向的y轴偏移量以及在横轴x方向上的x轴偏移量；所述计算机的存储器内存储有处理发光矩阵图像的图像处理程序，所述图像处理程序能够被计算机的处理器加载并按如下步骤执行：步骤1：以摄像机首次采集的发光矩阵图像作为模板图像；步骤2：对模板图像进行预处理，以发光矩阵中左下角的发光单体的质心作为原点O建立直角坐标系，以水平方向为横轴x方向，以竖直方向为纵轴y方向；然后计算模板图像上每个发光单体的质心坐标(x″i,y″j)，其中，i∈{1，...,n}，j∈{1,...,m}；步骤3：逐行遍历模板图像上的发光矩阵，根据发光矩阵上每一行的每个发光单体的质心坐标进行线性拟合，拟合出每一行的行拟合直线；其中，第j行的行拟合直线表示为：y′j＝aj+bjx′；步骤4：逐列遍历模板图像上的发光矩阵，根据发光矩阵上每一列的每个发光单体的质心坐标进行线性拟合，拟合出每一列的列拟合直线；其中，第i列的列拟合直线表示为：x′i＝hi+kiy′；步骤5：获取摄像机实时采集到的发光矩阵的当前图像，计算当前图像上发光矩阵中各发光单体的实时质心坐标(xi,yj)；步骤6：设置循环变量I，I∈{1,2,...,m}；初始化循环变量I＝1；步骤7：当I≤m，遍历当前图像上第I行的各个发光单体，根据各个发光单体的实时质心坐标，计算第I行上各个发光单体相对于第I行的行拟合直线在纵轴y方向上的误差和QI，按如下公式：其中，y′I为在第I行的行拟合直线上与实时质心坐标(xi,yI)的横坐标相同的点的纵坐标值；执行完该步骤后，进入步骤8；当I＞m，则进入步骤11；步骤8：判断QI是否为零；若是，则令I＝I+1，回到步骤7；若否，则进入步骤9；步骤9：根据当前图像上第I行的各个发光单体的实时质心坐标，计算第I行上各个发光单体相对于第I行的行拟合直线在纵轴y方向上的y轴偏移量；其中，位于第I行第i列的发光单体相对于第I行的行拟合直线在纵轴y方向上的y轴偏移量按如下公式计算：其中，y′I为在第I行的行拟合直线上与模板图像中位于第I行第i列的发光单体的质心坐标(x″i,y″I)的横坐标相同的点的纵坐标值；步骤10：判断步骤9中计算出的当前图像上各个发光单体的y轴偏移量中是否存在超过阈值δ的y轴偏移量；若否，则令I＝I+1，回到步骤7；若是，则发出告警指令，然后令I＝I+1，回到步骤7；步骤11：设置循环变量T，T∈{1,2,...,n}；初始化循环变量T＝1；步骤12：当T≤n，遍历当前图像上第T列的各个发光单体，根据各个发光单体的实时质心坐标，计算第T列上各个发光单体相对于第T列的列拟合直线的在横轴x方向上的误差和PT，按如下公式：其中，x′T为在第T列的列拟合直线上与实时质心坐标(xT,yj)的纵坐标相同的点的横坐标值；当T＞n，则回到步骤5；步骤13：判断PT是否为零；若是，则令T＝T+1，回到步骤12；若否，则进入步骤14；步骤14：根据当前图像上第T列的各个发光单体的实时质心坐标，计算第T列上各个发光单体相对于第T列的列拟合直线在横轴x方向上的x轴偏移量；其中，位于第j行第T列的发光单体相对于第T列的列拟合直线在横x轴方向上的x轴偏移量按如下公式计算：其中，x′T为在第T列的列拟合直线上与模板图像中位于第j行第T列的发光单体的质心坐标(x″T,y″j)的纵坐标相同的点的横坐标；步骤15：判断步骤14中计算出的当前图像上各个发光单体的x轴偏移量中是否存在超过阈值ε的x轴偏移量；若否，则令T＝T+1，回到步骤12；若是，则发出告警指令，然后令T＝T+1，回到步骤12。